搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

邵先军 马跃 李娅西 张冠军

引用本文:
Citation:

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

邵先军, 马跃, 李娅西, 张冠军

One-dimensional simulation of low pressure xenon dielectric barrier discharge

Shao Xian-Jun, Ma Yue, Li Ya-Xi, Zhang Guan-Jun
PDF
导出引用
  • 通过建立一个自洽耦合的一维流体模型来描述低气压氙气介质阻挡放电(DBD),并采用有限元法对模型进行数值仿真研究,得到了不同外加电压幅值和频率下的气体间隙压降、放电电流、介质表面电荷随时间的变化关系以及电子、离子、中性粒子和空间电场的时域分布.仿真结果表明:介质表面电荷对放电的点燃与熄灭起着关键的作用;在一个放电周期内,根据气体间隙压降的变化情况,介质表面电荷可按六个阶段进行分析;随着外施电压幅值的增加,间隙击穿逐渐提前至外施电压过零点之前发生,放电更为剧烈;随着外施电压频率的提高,气体间隙压降减小,间隙容易击穿,放电也更加均匀.粒子及空间电场的时域分布表明氙气DBD为典型的辉光放电.
    A self-consistent one-dimensional fluid coupled model is built to describe the low pressure xenon dielectric barrier discharge (DBD). And the finite-element method is employed to investigate gas voltages, discharge currents and the time evolutions of surface charges on dielectric barrier under different applied voltage amplitudes and frequencies. The spatial and temporal distributions of electrons, ions, excited, resonance, metastable particles and spatial electrical field are also achieved. The simulation results show that the surface charges accumulated on the dielectric barriers play a key role in the ignition and the extinguishment of the discharge. And based on the variation of gas voltage, the surface charging can be divided into six stages in one discharge cycle. With the increase of applied voltage amplitude, the gas gap breakdown moves ahead of the zero-crossing point of applied voltage gradually, and the discharge becomes more and more intense. Furthermore, with the increase of applied voltage frequency, the gas voltage decreases gradually, gas gap tends to breakdown, and discharge becomes uniform. Finally, spatiotemporal distributions of particles and electric field indicate that the xenon DBD is a typical glow discharge.
    • 基金项目: 全国优秀博士学位论文作者专项基金(批准号:200338)资助的课题.
    [1]

    Wang Y H, Wang D Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 5923 (in Chinese)

    [2]

    Carman R J, Mildren R P 2003 J. Phys. D 36 19

    [3]

    Yurgelenas Y V, Wagner H E 2006 J. Phys. D 39 4031

    [4]

    Luo H Y, Wang X X, Mao T, Liang Z, Lü B, Guan Z C, Wang L M 2008 Acta Phys. Sin. 57 4298 (in Chinese) [罗海云、王新新、毛 婷、梁 卓、吕 博、关志成、王黎明 2008 物理学报 57 4298]

    [5]

    Wang X X, Lu M Z, Pu Y K 2002 Acta Phys. Sin. 51 2778 (in Chinese) [王新新、芦明泽、蒲以康 2002 物理学报 51 2778]

    [6]

    Dong L F, Mao Z G, Ran J X 2005 Chin. Phys. 14 1618

    [7]

    Li G, Li Y M, Xu Y J, Zhang Y, Li H M, Nie C Q, Zhu J Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 4026 (in Chinese) [李 钢、李轶明、徐燕骥、张 翼、李汉明、聂超群、朱俊强 2009 物理学报 58 4026]

    [8]

    Li G, Xu Y J, Mu K J, Nie C Q, Zhu J Q, Zhang Y, Li H M 2008 Acta Phys.Sin. 57 6444 (in Chinese) [李 钢、徐燕骥、穆克进、聂超群、朱俊强、张 翼、李汉明 2008 物理学报 57 6444]

    [9]

    Massines F, Rabehi A, Decomps P, Gadri R B, Ségur P, Mayoux C 1998 J. Appl. Phys. 83 2950

    [10]

    Stollenwerk L, Amiranashvili S, Boeuf J P, Pirwins H G 2006 Phys. Rev. Lett. 96 255001

    [11]

    Wang Y H, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 1694 (in Chinese) [王艳辉、王德真 2003 物理学报 52 1694]

    [12]

    Wang Y H, Wang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1295 (in Chinese) [王艳辉、王德真 2005 物理学报 54 1295]

    [13]

    Zhang Y, Gu B, Wang W C, Peng X W, Wang D Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 5532 (in Chinese) [张 燕、顾 彪、王文春、彭许文、王德真 2009 物理学报 58 5532]

    [14]

    Zhang H Y, Wang D Z, Wang X G 2007 Chin. Phys. 16 1089

    [15]

    Li X C, Liu Z H, Jia P Y, Li L C, Yin Z Q, Dong L F 2007 Chin. Phys. 16 3016

    [16]

    Yin Z Q, Chai Z F, Dong L F, Li X C 2003 Acta Phys. Sin. 52 925 (in Chinese) [尹增谦、柴志方、董丽芳、李雪辰 2003 物理学报 52 925]

    [17]

    Li X C, Jia P Y, Liu Z H, Li L C, Dong L F 2008 Acta Phys. Sin. 57 1001 (in Chinese) [李雪辰、贾鹏英、刘志辉、李立春、董丽芳 2008 物理学报 57 1001]

    [18]

    Eliasson B, Kogelschatz U 1988 Appl. Phys. B 46 299

    [19]

    Mildren R P, Carman R J 2001 J. Phys. D 34 L1

    [20]

    Oda A, Sakai Y, Akashi H, Sugawara H 1999 J. Phys. D 32 2726

    [21]

    Xu Y L, Xu X J 2000 Phys. Scr. 62 76

    [22]

    Cook. D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 145

    [23]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 153

    [24]

    Hagelaar G J M, Pitchford L C 2005 Plasma Source Sci. Tech. 14 722

    [25]

    Hagelaar G J M 2000 Ph. D. Dissertation (Eindhoven: Eindhoven University of Technology)

    [26]

    McDaniel E W, Mason E A 1973 The Mobility and Diffusion of Ions in Gases (New York: Wiley Press) p344

    [27]

    Morrow R, Sato N 1999 J. Phys. D 32 L20

    [28]

    Hagelaar G J M, de Hoog F J, Kroesen G M W 2000 Phys. Rev. E 62 1452

    [29]

    Feng C Z, Ma X K 2000 An Introduction to Engineering Electromagnetic Field (Beijing: Higher Education Press) pp21,22 (in Chinese) [冯慈彰、马西奎 2000 工程电磁场导论 (北京:高等教育出版社)第21,22页]

    [30]

    Codina R 1998 Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. 156 185

  • [1]

    Wang Y H, Wang D Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 5923 (in Chinese)

    [2]

    Carman R J, Mildren R P 2003 J. Phys. D 36 19

    [3]

    Yurgelenas Y V, Wagner H E 2006 J. Phys. D 39 4031

    [4]

    Luo H Y, Wang X X, Mao T, Liang Z, Lü B, Guan Z C, Wang L M 2008 Acta Phys. Sin. 57 4298 (in Chinese) [罗海云、王新新、毛 婷、梁 卓、吕 博、关志成、王黎明 2008 物理学报 57 4298]

    [5]

    Wang X X, Lu M Z, Pu Y K 2002 Acta Phys. Sin. 51 2778 (in Chinese) [王新新、芦明泽、蒲以康 2002 物理学报 51 2778]

    [6]

    Dong L F, Mao Z G, Ran J X 2005 Chin. Phys. 14 1618

    [7]

    Li G, Li Y M, Xu Y J, Zhang Y, Li H M, Nie C Q, Zhu J Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 4026 (in Chinese) [李 钢、李轶明、徐燕骥、张 翼、李汉明、聂超群、朱俊强 2009 物理学报 58 4026]

    [8]

    Li G, Xu Y J, Mu K J, Nie C Q, Zhu J Q, Zhang Y, Li H M 2008 Acta Phys.Sin. 57 6444 (in Chinese) [李 钢、徐燕骥、穆克进、聂超群、朱俊强、张 翼、李汉明 2008 物理学报 57 6444]

    [9]

    Massines F, Rabehi A, Decomps P, Gadri R B, Ségur P, Mayoux C 1998 J. Appl. Phys. 83 2950

    [10]

    Stollenwerk L, Amiranashvili S, Boeuf J P, Pirwins H G 2006 Phys. Rev. Lett. 96 255001

    [11]

    Wang Y H, Wang D Z 2003 Acta Phys. Sin. 52 1694 (in Chinese) [王艳辉、王德真 2003 物理学报 52 1694]

    [12]

    Wang Y H, Wang D Z 2005 Acta Phys. Sin. 54 1295 (in Chinese) [王艳辉、王德真 2005 物理学报 54 1295]

    [13]

    Zhang Y, Gu B, Wang W C, Peng X W, Wang D Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 5532 (in Chinese) [张 燕、顾 彪、王文春、彭许文、王德真 2009 物理学报 58 5532]

    [14]

    Zhang H Y, Wang D Z, Wang X G 2007 Chin. Phys. 16 1089

    [15]

    Li X C, Liu Z H, Jia P Y, Li L C, Yin Z Q, Dong L F 2007 Chin. Phys. 16 3016

    [16]

    Yin Z Q, Chai Z F, Dong L F, Li X C 2003 Acta Phys. Sin. 52 925 (in Chinese) [尹增谦、柴志方、董丽芳、李雪辰 2003 物理学报 52 925]

    [17]

    Li X C, Jia P Y, Liu Z H, Li L C, Dong L F 2008 Acta Phys. Sin. 57 1001 (in Chinese) [李雪辰、贾鹏英、刘志辉、李立春、董丽芳 2008 物理学报 57 1001]

    [18]

    Eliasson B, Kogelschatz U 1988 Appl. Phys. B 46 299

    [19]

    Mildren R P, Carman R J 2001 J. Phys. D 34 L1

    [20]

    Oda A, Sakai Y, Akashi H, Sugawara H 1999 J. Phys. D 32 2726

    [21]

    Xu Y L, Xu X J 2000 Phys. Scr. 62 76

    [22]

    Cook. D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 145

    [23]

    Cook D C, Haydon S C 1984 IEE Proc. Sci. Meas. Tech. 131 153

    [24]

    Hagelaar G J M, Pitchford L C 2005 Plasma Source Sci. Tech. 14 722

    [25]

    Hagelaar G J M 2000 Ph. D. Dissertation (Eindhoven: Eindhoven University of Technology)

    [26]

    McDaniel E W, Mason E A 1973 The Mobility and Diffusion of Ions in Gases (New York: Wiley Press) p344

    [27]

    Morrow R, Sato N 1999 J. Phys. D 32 L20

    [28]

    Hagelaar G J M, de Hoog F J, Kroesen G M W 2000 Phys. Rev. E 62 1452

    [29]

    Feng C Z, Ma X K 2000 An Introduction to Engineering Electromagnetic Field (Beijing: Higher Education Press) pp21,22 (in Chinese) [冯慈彰、马西奎 2000 工程电磁场导论 (北京:高等教育出版社)第21,22页]

    [30]

    Codina R 1998 Comp. Meth. Appl. Mech. Eng. 156 185

  • [1] 张东荷雨, 刘金宝, 付洋洋. 激光维持等离子体多物理场耦合模型与仿真. 物理学报, 2024, 73(2): 025201. doi: 10.7498/aps.73.20231056
    [2] 齐兵, 田晓, 王静, 王屹山, 司金海, 汤洁. 射频/直流驱动大气压氩气介质阻挡放电的一维仿真研究. 物理学报, 2022, 71(24): 245202. doi: 10.7498/aps.71.20221361
    [3] 艾飞, 刘志兵, 张远涛. 结合机器学习的大气压介质阻挡放电数值模拟研究. 物理学报, 2022, 71(24): 245201. doi: 10.7498/aps.71.20221555
    [4] 高书涵, 王绪成, 张远涛. 脉冲调制条件下介质阻挡特高频放电特性的数值模拟. 物理学报, 2020, 69(11): 115204. doi: 10.7498/aps.69.20191853
    [5] 赵曰峰, 王超, 王伟宗, 李莉, 孙昊, 邵涛, 潘杰. 大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟. 物理学报, 2018, 67(8): 085202. doi: 10.7498/aps.67.20172192
    [6] 姚聪伟, 马恒驰, 常正实, 李平, 穆海宝, 张冠军. 大气压介质阻挡辉光放电脉冲的阴极位降区特性及其影响因素的数值仿真. 物理学报, 2017, 66(2): 025203. doi: 10.7498/aps.66.025203
    [7] 孙安邦, 李晗蔚, 许鹏, 张冠军. 流注放电低温等离子体中电子输运系数计算的蒙特卡罗模型. 物理学报, 2017, 66(19): 195101. doi: 10.7498/aps.66.195101
    [8] 张鑫, 黄勇, 王万波, 唐坤, 李华星. 对称式布局介质阻挡放电等离子体激励器诱导启动涡. 物理学报, 2016, 65(17): 174701. doi: 10.7498/aps.65.174701
    [9] 王学扬, 齐志华, 宋颖, 刘东平. 等离子体放电活化生理盐水杀菌应用研究. 物理学报, 2016, 65(12): 123301. doi: 10.7498/aps.65.123301
    [10] 赵光银, 李应红, 梁华, 化为卓, 韩孟虎. 纳秒脉冲表面介质阻挡等离子体激励唯象学仿真. 物理学报, 2015, 64(1): 015101. doi: 10.7498/aps.64.015101
    [11] 程钰锋, 聂万胜, 车学科, 田希晖, 侯志勇, 周鹏辉. 不同压力下介质阻挡放电等离子体诱导流场演化的实验研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104702. doi: 10.7498/aps.62.104702
    [12] 陈俊英, 董丽芳, 李媛媛, 宋倩, 嵇亚飞. 大气压介质阻挡放电超四边形斑图的等离子体参量. 物理学报, 2012, 61(7): 075211. doi: 10.7498/aps.61.075211
    [13] 张增辉, 邵先军, 张冠军, 李娅西, 彭兆裕. 大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究. 物理学报, 2012, 61(4): 045205. doi: 10.7498/aps.61.045205
    [14] 张增辉, 张冠军, 邵先军, 常正实, 彭兆裕, 许昊. 大气压Ar/NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究. 物理学报, 2012, 61(24): 245205. doi: 10.7498/aps.61.245205
    [15] 夏广庆, 薛伟华, 陈茂林, 朱雨, 朱国强. 氩气微腔放电中特性参数的数值模拟研究. 物理学报, 2011, 60(1): 015201. doi: 10.7498/aps.60.015201
    [16] 江南, 曹则贤. 一种大气压放电氦等离子体射流的实验研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3324-3330. doi: 10.7498/aps.59.3324
    [17] 李 钢, 徐燕骥, 穆克进, 聂超群, 朱俊强, 张 翼, 李汉明. 平面激光诱导荧光技术在交错电极介质阻挡放电等离子体研究中的初步应用. 物理学报, 2008, 57(10): 6444-6449. doi: 10.7498/aps.57.6444
    [18] 刘艳红, 张家良, 王卫国, 李 建, 刘东平, 马腾才. CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备. 物理学报, 2006, 55(3): 1458-1463. doi: 10.7498/aps.55.1458
    [19] 张远涛, 王德真, 王艳辉. 大气压介质阻挡丝状放电时空演化数值模拟. 物理学报, 2005, 54(10): 4808-4815. doi: 10.7498/aps.54.4808
    [20] 周俐娜, 王新兵. 微空心阴极放电的流体模型模拟. 物理学报, 2004, 53(10): 3440-3446. doi: 10.7498/aps.53.3440
计量
  • 文章访问数:  8811
  • PDF下载量:  887
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-02-04
  • 修回日期:  2010-07-01
  • 刊出日期:  2010-06-05

/

返回文章
返回